Globální závazek omezovat dopad změny klimatu vyvolal mnoho iniciativ v různých průmyslových odvětvích. Země, průmyslová odvětví a společnosti přijaly akční plány k dosažení konkrétních cílů v oblasti životního prostředí. Například Pernilla Bergmark, která v té době působila jako Principal Researcher ICT Sustainability Impacts ve společnosti Ericsson, představila na konferenci Global Climate Action Summit v roce 2019 dokument s názvem „Snížení globálních emisí na polovinu do roku 2030 prostřednictvím exponenciálních opatření v oblasti klimatu a digitálních technologií" z Pařížské dohody z prosince 2015 . Přechod na udržitelné zdroje energie pro mobilní stroje vychází z tohoto globálního úsilí o dosažení čisté nuly.
Tento článek pojednává o klíčových tématech elektrifikace a digitalizace v konstrukci mobilních strojů. Elektrifikace přispívá k udržitelnosti průmyslového odvětví prostřednictvím snížení emisí uhlíku. Digitalizace umožňuje OEM výrobcům optimalizovat konstrukci a výkonnost strojů s ohledem na omezení kapacity baterie ve srovnání s energetickým potenciálem motorové nafty.
Udržitelnost
Regulační orgány po celém světě stanovují přísnější emisní normy pro velká zatížení, aby dosáhly globálních cílů udržitelnosti. EURO VI je v současnosti nejvyšším regulačním standardem, který již splňuje mnoho zemí. Fosilní paliva jsou hlavním zdrojem škodlivých emisí, a proto OEM výrobci hledají jiné zdroje paliv, aby dodrželi zpřísňující se emisní normy. Některé alternativy vyžadují minimální úpravy stroje, zatímco jiné vyžadují kompletní přepracování.
Alternativy nafty, jako je hydrogenačně rafinovaný rostlinný olej (HVO100), lze přimíchat do motorové nafty za účelem snížení emisí, aniž by bylo nutné stroj jakýmkoli způsobem upravovat . Na druhou stranu Li-ion baterie umožňují úplný přechod od fosilních paliv s téměř nulovými emisemi . Li-ion baterie však zabírají ve stroji značný prostor a vyžadují pravidelné dobíjení. Palivové články poháněné vodíkem nabízejí výhody elektrifikace s vyšší hustotou energie, než baterie Li-ion . Vodíkové palivové články poskytují kompaktnější řešení než lithium-iontové baterie pro napájení větších strojů, ale skladování a distribuce velkých objemů vodíku jsou náročné.
Společnost Parker Hannifin dodává modulární řešení elektrifikace, která zákazníkům naplňují energetické alternativy. Řada globálních automobilových měničů GVI a řada globálních automobilových motorů GVM jsou stěžejní pro tato řešení:
• Mobilní měniče GVI mají provozní rozsah 200 V až 800 V a tři modely poskytují jmenovité proudy 360 A, 180 A a 108 A. Měniče GVI jakožto klíčový komponent bezpečnosti elektrifikovaných mobilních strojů splňují normy EN ISO 13849 i ISO 26262.
• Mobilní motory GVM jsou motory na střídavý proud s permanentními magnety (PMAC) s provozním rozsahem přizpůsobeným měničům GVI. Motory GVM nabízejí maximální krouticí moment 1 430 Nm, maximální výkon 409 kW a maximální otáčky 9 500 ot/min.
Digitalizace
Mobilní stroje spotřebovávají energii, ale pouze malá část této energie se přeměňuje na užitečnou práci. Je důležité vědět, kolik energie se během provozu stroje spotřebovává a k jakému účelu. Inženýři používají energetické mapy k analýze spotřeby energie během každé fáze pracovního cyklu. Tento proces jim umožňuje identifikovat energetické ztráty a optimalizovat svůj návrh s ohledem na energetickou účinnost. Lze také prozkoumat možnosti rekuperace energie za účelem maximalizace životnosti baterie v elektrických mobilních strojích.
Srdcem digitálního řešení je mobilní řídicí systém, který využívá funkční prostředí založené na modelu k připojení široké škály skrytých senzorů za účelem zajištění funkční bezpečnosti. Výstup těchto řídicích jednotek se připojuje k chytrým zařízením, která pohánějí elektromechanické systémy stroje s optimální spotřebou energie a v rámci bezpečných limitů.
Některé klíčové produkty společnosti Parker, které přispívají k digitalizaci mobilních strojů, jsou následující:
• Mobilní ventily VA představují řadu ventilů nové generace s nižšími tlakovými ztrátami než tradiční ventily se senzorem zatížení, čímž šetří energii. Inteligentní softwarové funkce umožňují vyšší produktivitu a individuální měření také pomáhá zvyšovat účinnost. Studie ukazují, že inteligentní ventily s individuálním dávkováním snižují tlak v čerpadle o 11 % a spotřebu energie o 8,4 % ve srovnání s tradičními ventily se senzorem zatížení při stejné produktivitě stroje.
• Hydraulická variabilní mobilní čerpadla P1M pokrývají rozsah geometrického objemu od 28 do 85 cm3 v pěti různých modelech. Vysoce výkonné elektronické řízení geometrického objemu dodává přesně takové množství energie, jaké je potřeba.
Synergie elektrifikace a digitalizace
Elektrifikace a digitalizace jdou ruku v ruce díky optimalizaci interakce mezi elektromechanickým a hydraulickým návrhem systému. To znamená, že přesné množství energie potřebné pro hydraulickou funkci je poskytováno v přesný čas, kdy je potřeba. Rekuperovaná energie dobíjí baterii, aby se prodloužila její provozní doba před dobitím.
Každý komponent řešení elektrifikovaných mobilních strojů plní svou vlastní funkci, ale výhody lze optimalizovat kombinací těchto komponentů do jednotného systému navrženého pro vzájemnou spolupráci. Například řešení konfigurovatelného systému ePump je vysoce účinný systém obsahující měnič, motor a hydraulické čerpadlo. Čerpadlo ePump poskytuje vysokou dynamickou odezvu v širokém rozsahu regulace otáček a točivého momentu. Konstruktéři mohou optimalizovat hustotu výkonu v průběhu pracovního cyklu a také schopnost chlazení kapalinou v celém systému.
Softwarové nástroje mohou také usnadnit návrhy systémů založené na flexibilním uspořádání stroje. Například je efektivnější přenášet energii elektricky než hydraulicky. To může vést k tomu, že budou pro každou nápravu mobilního stroje použity samostatné elektromotory namísto jednoho motoru spojeného s oběma nápravami.
Jakmile je stroj uveden do provozu, řídicí jednotky využívají informace ze snímačů o teplotě, tlaku a průtoku hydraulickými obvody a elektrickým systémem ke generování optimalizovaných výstupů, které řídí elektrické motory. Jinými slovy, digitalizace pohání elektromechanický systém tak, aby provozoval hydrauliku energeticky nejúčinnějším způsobem.
Partneři pro elektrifikaci
Mobilní stroje existují ve stejné základní podobě po celá desetiletí se vznětovými motory pohánějícími hydraulická čerpadla. Přechod na elektrifikaci je novou oblastí pro mnoho OEM výrobců, kteří nemají dostatečné odborné znalosti v oblasti komponent ani dostupné zdroje ke zvládnutí přechodu. V důsledku toho potřebují OEM výrobci partnery, kteří jim budou poskytovat odborné znalosti a zkrátí dobu potřebnou k uvedení elektrifikovaných modelů jejich mobilních strojů na trh.
Společnost Parker se zabývá hydraulickými systémy již 100 let a v průběhu let získala hluboký vhled do funkčního návrhu mobilních strojů. Řadu produktů doplňují odborné znalosti v oblasti navrhování systémů, které jako celek fungují tak, aby dosahovaly pracovního cyklu strojů v mnoha různých aplikacích.
Řešení společnosti Parker pokrývají všechny aspekty elektrifikace a digitalizace mobilních strojů. Typický projekt začíná důkladným vyhodnocením cílů zákazníka a výkonnosti stávajícího stroje. Služby společnosti Parker zahrnují jednoduchou migraci z motorů ICE na elektromotory a také prostřednictvím energetického mapování a analýzy dat za účelem přepracování stroje za účelem optimalizace energie.
Odborné znalosti ve společnosti pocházejí z různých průmyslových odvětví, včetně leteckého a kosmického průmyslu. Na základě těchto podnikových zkušeností vyvinula společnost Parker modulární stavební bloky a zjednodušená řídicí rozhraní, která lze snadno aplikovat na mobilní stroje. Díky tomu může společnost Parker pomoci OEM výrobcům zkrátit dobu potřebnou k uvedení elektrifikovaných strojů na trh.
Souhrn
Snaha o dosažení čisté nuly je celosvětovým imperativem, kterému je věnována značná globální pozornost v celé řadě průmyslových odvětví. Mobilní stroje nejsou žádnou výjimkou, protože mnoho OEM výrobců vyvíjí elektrifikované modely svých strojů s vnitřním spalovacím motorem.
Řešení elektrifikace přispívají k udržitelnosti, ale musí být kombinovány s digitalizací, aby se maximalizovaly výhody energeticky účinných návrhů a zkrátila se doba potřebná pro uvedení na trh.
Společnost Parker má desítky let zkušeností s navrhováním elektromechanických a hydraulických systémů a odborné znalosti v oblasti elektrifikace a digitalizace, které se během desetiletí zdokonalují v různých průmyslových odvětvích. Společnost Parker je proto ideálním partnerem, který může výrobcům OEM pomoci s přechodem na elektrické mobilní stroje.
Parker Hannifin
Parker Hannifin, patřící do Fortune 250, je mezinárodním lídrem v oblasti technologií a systémů pro řízení pohybu. Již více než 100 let umožňuje technické průlomové inovace, které vedou k lepší budoucnosti. Zjistěte více na www.parker.com.